സി.ഐ.സിവലിയ ബാൻഡ്ഗ്യാപ്പ്, ഉയർന്ന താപ ചാലകത, ഉയർന്ന നിർണായക ബ്രേക്ക്ഡൗൺ ഫീൽഡ് ശക്തി, ഉയർന്ന ഇലക്ട്രോൺ സാച്ചുറേഷൻ ഡ്രിഫ്റ്റ് നിരക്ക് എന്നിവയുടെ സവിശേഷതകൾ ഇതിന് ഉണ്ട്. ഉയർന്ന താപനില, ഉയർന്ന മർദ്ദം, ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി, ഉയർന്ന പവർ സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഇതിന് ആപ്ലിക്കേഷൻ ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റാൻ കഴിയും. പുതിയ ഊർജ്ജ വാഹനങ്ങൾ, ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക്സ്, വ്യാവസായിക നിയന്ത്രണം, റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ആശയവിനിമയങ്ങൾ, മറ്റ് മേഖലകൾ എന്നിവയിൽ ഇത് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കാം. അനുബന്ധ വ്യവസായങ്ങളുടെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനത്തോടെ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന മൂന്നാം തലമുറ സെമികണ്ടക്ടർ വിപണി പുതിയ അവസരങ്ങൾക്ക് തുടക്കമിട്ടു.
സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്സ്ട്രേറ്റ് ഉൽപാദനത്തിന്റെ പ്രധാന കണ്ണിയാണ് ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച, കൂടാതെ പ്രധാന ഉപകരണങ്ങൾ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ ചൂളയാണ്. പരമ്പരാഗത ക്രിസ്റ്റലിൻ സിലിക്കൺ-ഗ്രേഡ് ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രോത്ത് ചൂളകൾക്ക് സമാനമായി, ചൂള ഘടന വളരെ സങ്കീർണ്ണമല്ല. ഇത് പ്രധാനമായും ഫർണസ് ബോഡി, തപീകരണ സംവിധാനം, കോയിൽ ട്രാൻസ്മിഷൻ മെക്കാനിസം, വാക്വം അക്വിസിഷൻ ആൻഡ് മെഷർമെന്റ് സിസ്റ്റം, ഗ്യാസ് പാത്ത് സിസ്റ്റം, കൂളിംഗ് സിസ്റ്റം, കൺട്രോൾ സിസ്റ്റം മുതലായവ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. താപ മണ്ഡലവും പ്രക്രിയ സാഹചര്യങ്ങളും സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ക്രിസ്റ്റൽ ഗുണനിലവാരം, വലുപ്പം, ചാലകത, മറ്റ് പ്രധാന സൂചകങ്ങൾ എന്നിവയുടെ പ്രധാന സൂചകങ്ങളെ നിർണ്ണയിക്കുന്നു.
Ⅰ. സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ ബുദ്ധിമുട്ടുകൾ
സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയുടെ താപനില വളരെ ഉയർന്നതും നിരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയാത്തതുമാണ്, അതിനാൽ പ്രധാന ബുദ്ധിമുട്ട് പ്രക്രിയയിലാണ്:
(1)താപ മണ്ഡലം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലെ ബുദ്ധിമുട്ട്: അടഞ്ഞ ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള അറയുടെ നിരീക്ഷണം ബുദ്ധിമുട്ടുള്ളതും നിയന്ത്രിക്കാനാവാത്തതുമാണ്. ഉയർന്ന തോതിലുള്ള ഓട്ടോമേഷനും ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ പ്രക്രിയ നിരീക്ഷിക്കാനും നിയന്ത്രിക്കാനും ക്രമീകരിക്കാനും കഴിയുന്ന പരമ്പരാഗത സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ലായനി-പുൾഡ് ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ ഉപകരണങ്ങളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് പരലുകൾ 2,000°C ന് മുകളിലുള്ള ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള അന്തരീക്ഷത്തിൽ അടച്ച സ്ഥലത്ത് വളരുന്നു, കൂടാതെ ഉൽപാദന സമയത്ത് വളർച്ചാ താപനില കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കേണ്ടതുണ്ട്, ഇത് താപനില നിയന്ത്രണം ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്നു;
(2)ക്രിസ്റ്റൽ രൂപം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലെ ബുദ്ധിമുട്ട്: വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ മൈക്രോപൈപ്പുകൾ, പോളിമോർഫിക് ഇൻക്ലൂഷനുകൾ, ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾ, മറ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ എന്നിവ ഉണ്ടാകാൻ സാധ്യതയുണ്ട്, അവ പരസ്പരം ബാധിക്കുകയും പരിണമിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. മൈക്രോപൈപ്പുകൾ (MP) നിരവധി മൈക്രോണുകൾ മുതൽ പത്ത് മൈക്രോണുകൾ വരെ വലിപ്പമുള്ള ത്രൂ-ടൈപ്പ് വൈകല്യങ്ങളാണ്, അവ ഉപകരണങ്ങളുടെ കൊലയാളി വൈകല്യങ്ങളാണ്. സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലുകളിൽ 200-ലധികം വ്യത്യസ്ത ക്രിസ്റ്റൽ രൂപങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്നു, എന്നാൽ കുറച്ച് ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകൾ മാത്രം (4H തരം) എന്നിവ ഉൽപാദനത്തിന് ആവശ്യമായ സെമികണ്ടക്ടർ വസ്തുക്കളാണ്. വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ ക്രിസ്റ്റൽ ഫോം പരിവർത്തനം സംഭവിക്കാൻ സാധ്യതയുണ്ട്, ഇത് പോളിമോർഫിക് ഇൻക്ലൂഷൻ വൈകല്യങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു. അതിനാൽ, സിലിക്കൺ-കാർബൺ അനുപാതം, വളർച്ചാ താപനില ഗ്രേഡിയന്റ്, ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ നിരക്ക്, വാതക പ്രവാഹ മർദ്ദം തുടങ്ങിയ പാരാമീറ്ററുകൾ കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്.
കൂടാതെ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയുടെ താപ മണ്ഡലത്തിൽ ഒരു താപനില ഗ്രേഡിയന്റ് ഉണ്ട്, ഇത് ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ നേറ്റീവ് ഇന്റേണൽ സ്ട്രെസ്സിനും തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾക്കും (ബേസൽ പ്ലെയിൻ ഡിസ്ലോക്കേഷൻ ബിപിഡി, സ്ക്രൂ ഡിസ്ലോക്കേഷൻ ടിഎസ്ഡി, എഡ്ജ് ഡിസ്ലോക്കേഷൻ ടിഇഡി) കാരണമാകുന്നു, അതുവഴി തുടർന്നുള്ള എപ്പിറ്റാക്സിയുടെയും ഉപകരണങ്ങളുടെയും ഗുണനിലവാരത്തെയും പ്രകടനത്തെയും ബാധിക്കുന്നു.
(3)ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള ഉത്തേജക മരുന്ന് നിയന്ത്രണം: ദിശാസൂചന ഡോപ്പിംഗ് ഉള്ള ഒരു ചാലക ക്രിസ്റ്റൽ ലഭിക്കുന്നതിന് ബാഹ്യ മാലിന്യങ്ങളുടെ ആമുഖം കർശനമായി നിയന്ത്രിക്കണം;
(4)മന്ദഗതിയിലുള്ള വളർച്ചാ നിരക്ക്: സിലിക്കൺ കാർബൈഡിന്റെ വളർച്ചാ നിരക്ക് വളരെ മന്ദഗതിയിലാണ്. പരമ്പരാഗതംസിലിക്കൺ വസ്തുക്കൾഒരു ക്രിസ്റ്റൽ വടിയായി വളരാൻ 3 ദിവസം മാത്രം മതി, അതേസമയം സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ക്രിസ്റ്റൽ വടികൾക്ക് 7 ദിവസം മതി. ഇത് സിലിക്കൺ കാർബൈഡിന്റെ സ്വാഭാവികമായും കുറഞ്ഞ ഉൽപാദനക്ഷമതയ്ക്കും വളരെ പരിമിതമായ ഉൽപാദനത്തിനും കാരണമാകുന്നു.
മറുവശത്ത്, ഉപകരണങ്ങളുടെ വായുസഞ്ചാരം, പ്രതികരണ അറയിലെ വാതക മർദ്ദത്തിന്റെ സ്ഥിരത, വാതക ആമുഖ സമയത്തിന്റെ കൃത്യമായ നിയന്ത്രണം, വാതക അനുപാതത്തിന്റെ കൃത്യത, നിക്ഷേപ താപനിലയുടെ കർശനമായ മാനേജ്മെന്റ് എന്നിവയുൾപ്പെടെ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയുടെ പാരാമീറ്ററുകൾ വളരെ ആവശ്യപ്പെടുന്നതാണ്. പ്രത്യേകിച്ചും, ഉപകരണത്തിന്റെ താങ്ങാനാവുന്ന വോൾട്ടേജ് ലെവൽ മെച്ചപ്പെട്ടതോടെ, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറിന്റെ കോർ പാരാമീറ്ററുകൾ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുള്ള ബുദ്ധിമുട്ട് ഗണ്യമായി വർദ്ധിച്ചു.
കൂടാതെ, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ കനം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച്, പ്രതിരോധശേഷിയുടെ ഏകീകൃതത എങ്ങനെ നിയന്ത്രിക്കാമെന്നും കനം ഉറപ്പാക്കുന്നതിനൊപ്പം വൈകല്യ സാന്ദ്രത കുറയ്ക്കാമെന്നും മറ്റൊരു പ്രധാന വെല്ലുവിളിയായി മാറിയിരിക്കുന്നു. വൈദ്യുതീകരിച്ച നിയന്ത്രണ സംവിധാനത്തിൽ, വിവിധ പാരാമീറ്ററുകൾ കൃത്യമായും സ്ഥിരതയോടെയും നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ ഉയർന്ന കൃത്യതയുള്ള സെൻസറുകളും ആക്യുവേറ്ററുകളും സംയോജിപ്പിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. അതേസമയം, നിയന്ത്രണ അൽഗോരിതത്തിന്റെ ഒപ്റ്റിമൈസേഷനും നിർണായകമാണ്. വിവിധ മാറ്റങ്ങളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നതിന് ഫീഡ്ബാക്ക് സിഗ്നലിന് അനുസൃതമായി തത്സമയം നിയന്ത്രണ തന്ത്രം ക്രമീകരിക്കാൻ ഇതിന് കഴിയേണ്ടതുണ്ട്.സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചപ്രക്രിയ.
Ⅱ. സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് അടിവസ്ത്രങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിലെ പ്രധാന ബുദ്ധിമുട്ടുകൾ:
1. വളർച്ചാ താപനില 2000℃ ന് മുകളിലാണ്, ഇത് സിലിക്കണിനേക്കാൾ ഇരട്ടി കൂടുതലാണ്.
2. ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ കാലയളവിൽ ക്രിസ്റ്റൽ വടിയുടെ കനം ചെറുതാണ്, കൂടാതെ 2cm സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ക്രിസ്റ്റൽ വടി 7 ദിവസത്തിനുള്ളിൽ വളരുന്നു.
3. ക്രിസ്റ്റൽ തരം ആവശ്യകതകൾ കൂടുതലാണ്, കൂടാതെ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകളുള്ള കുറച്ച് സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് മാത്രമേയുള്ളൂ.
4. കട്ടിംഗ് വസ്ത്രങ്ങൾ കൂടുതലാണ്, സിലിക്കൺ കാർബൈഡിന് വളരെ ഉയർന്ന കാഠിന്യമുണ്ട്.
ചുരുക്കത്തിൽ, ചെലവേറിയ സമയച്ചെലവും സങ്കീർണ്ണമായ പ്രോസസ്സിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയും സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്സ്ട്രേറ്റുകളുടെ ഉയർന്ന വില നിർണ്ണയിക്കുന്നു, ഇത് സിലിക്കൺ കാർബൈഡിന്റെ പ്രയോഗത്തെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.
III. ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ ചൂളകളുടെ വർഗ്ഗീകരണം
വ്യത്യസ്ത ചൂടാക്കൽ രീതികൾ അനുസരിച്ച്, ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ ചൂളകളെ ഇൻഡക്ഷൻ തരം, റെസിസ്റ്റൻസ് തരം എന്നിങ്ങനെ തിരിക്കാം. നിലവിൽ, വിപണിയിലുള്ള മിക്ക ഉപകരണങ്ങളും ഇൻഡക്ഷൻ തരമാണ്, ഇതിന് കുറഞ്ഞ ചെലവ്, ലളിതമായ ഘടന, സൗകര്യപ്രദമായ അറ്റകുറ്റപ്പണി, ഉയർന്ന താപ കാര്യക്ഷമത എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, വൈദ്യുതകാന്തിക ഇൻഡക്ഷൻ പ്രഭാവം കാരണം, ഇൻഡക്ഷൻ ചൂടാക്കലിന്റെ അച്ചുതണ്ട് താപനിലയും റേഡിയൽ താപനിലയും സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ വേഗതയും ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ ഗുണനിലവാരവും കണക്കിലെടുക്കുന്നത് അസാധ്യമാണ്.
റെസിസ്റ്റൻസ് തെർമൽ ഫീൽഡ് ഗ്രോത്ത് പ്ലാറ്റ്ഫോമിന് യഥാക്രമം അച്ചുതണ്ട് താപനിലയും റേഡിയൽ താപനിലയും കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് വലിയ വലിപ്പത്തിലുള്ള ക്രിസ്റ്റലുകളുടെ വളർച്ചയ്ക്ക് സഹായകമാവുകയും ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ നിരക്ക് മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഭാവിയിലെ ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള 8 ഇഞ്ച് സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയ്ക്കുള്ള പരിഹാരങ്ങളിലൊന്നാണിത്.
ഇൻഡക്ഷൻ രീതിയും പ്രതിരോധ രീതിയും തമ്മിലുള്ള താരതമ്യം:
| ഇൻഡക്ഷൻ രീതി | പ്രതിരോധ രീതി | |
| പ്രവർത്തന തത്വം | ഇൻഡക്ഷൻ ഹീറ്റിംഗ് എന്നത് ഒരു ഹീറ്റ് ട്രീറ്റ്മെന്റ് രീതിയാണ്, ഇത് വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിന്റെ കാന്തിക പ്രഭാവം ഉപയോഗിച്ച് വർക്ക്പീസിന്റെ ഉപരിതല പാളിയിൽ താരതമ്യേന ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള പ്രേരിത വൈദ്യുതധാര സൃഷ്ടിക്കുന്നു, അത് വേഗത്തിൽ ഓസ്റ്റെനൈറ്റ് അവസ്ഥയിലേക്ക് ചൂടാക്കുന്നു, തുടർന്ന് ഒരു മാർട്ടൻസിറ്റിക് ഘടന ലഭിക്കുന്നതിന് വേഗത്തിൽ തണുപ്പിക്കുന്നു. | കണ്ടക്ടറിലൂടെ കടന്നുപോകുന്ന വൈദ്യുതധാരയിൽ നിന്ന് ഉൽപാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ജൂൾ താപത്തെയാണ് റെസിസ്റ്റൻസ് ഹീറ്റിംഗ് താപ സ്രോതസ്സായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഇതിനെ രണ്ട് വിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കാം: പരോക്ഷ റെസിസ്റ്റൻസ് ഹീറ്റിംഗ് (വൈദ്യുത ചൂടാക്കൽ ഘടകം അല്ലെങ്കിൽ ചാലക മാധ്യമം), നേരിട്ടുള്ള റെസിസ്റ്റൻസ് ഹീറ്റിംഗ്. |
| താപനില നിയന്ത്രണം | ഇൻഡക്ഷൻ രീതി ക്രൂസിബിളിന് പുറത്തുള്ള ഇൻഡക്ഷൻ കോയിലിലൂടെ ആന്തരിക കാന്തികക്ഷേത്രത്തെ ചൂടാക്കുന്നു. ചൂടാക്കൽ വേഗത വേഗതയുള്ളതാണ്, പക്ഷേ ഇൻഡക്ഷൻ കോയിലും ക്രൂസിബിളും തമ്മിലുള്ള ദൂരം വളരെ അകലെയാണ്, റേഡിയേഷൻ ഏരിയ ചിതറിക്കിടക്കുന്നു, തിരശ്ചീന ദിശയിൽ ക്രൂസിബിൾ ഉപരിതലത്തിന്റെ താപ ഉത്പാദനം കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കാൻ പ്രയാസമാണ്. | പ്രതിരോധ രീതി ക്രൂസിബിളിന് സമീപമുള്ള ഒരു പ്രത്യേക ഹീറ്റർ സജ്ജമാക്കുന്നു. ഹീറ്റർ ക്രമീകരിക്കുന്നതിലൂടെ, ക്രൂസിബിൾ പ്രതലത്തിന്റെ താപനില കൂടുതൽ കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും. |
| വലിയ വലിപ്പത്തിലുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച | ഇൻഡക്ഷൻ രീതിയിലുള്ള താപ മണ്ഡല ഘടനയിൽ ഒന്നിലധികം തപീകരണ കോയിലുകൾ ചേർക്കുമ്പോൾ, കാന്തിക മണ്ഡലങ്ങൾ പരസ്പരം ക്രോസ്-ഇടപെടാൻ സാധ്യതയുണ്ട്, അതിന്റെ ഫലമായി കാന്തിക മണ്ഡലവും താപവും ഡിസൈൻ ഉദ്ദേശ്യത്തിനനുസരിച്ച് എളുപ്പത്തിൽ വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നില്ല, ഇത് ചൂടാക്കൽ പ്രഭാവത്തെയും ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയെയും ബാധിക്കുന്നു. | റെസിസ്റ്റൻസ് ഹീറ്റിംഗ് ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ ഉപകരണങ്ങൾക്കായി ഒരു മൾട്ടി-സ്റ്റേജ് സ്വതന്ത്ര നിയന്ത്രണ തപീകരണ സംവിധാനം രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നത് എളുപ്പമാണ്, കൂടാതെ ഉപകരണങ്ങളുടെ റേഡിയൽ ഗ്രേഡിയന്റ് തന്നെ ചെറുതാണ്, ഇത് വലിയ വലിപ്പത്തിലുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയുടെ ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റും. |
| പരലുകളുടെ വളർച്ചാ ചക്രം | ഇൻഡക്ഷൻ രീതിയിലുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയ്ക്ക് ഏകദേശം 10 ദിവസമെടുക്കും, അനീലിംഗ് 10-15 ദിവസമെടുക്കും, മൊത്തത്തിലുള്ള വളർച്ചാ ചക്രം 20-25 ദിവസവുമാണ്. | ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ ചക്രം ഏകദേശം 5-7 ദിവസമാണ്, ഇത് യാന്ത്രികമായി അനീൽ ചെയ്യാൻ കഴിയും, വൈദ്യുതി തകരാറിനുശേഷം താപനില സാവധാനത്തിൽ കുറയുന്നു. |
| ഊർജ്ജ ഉപഭോഗം | ഇൻഡക്ഷൻ രീതിയേക്കാൾ 2-3 മടങ്ങ് കൂടുതലാണ് റെസിസ്റ്റൻസ് രീതിയുടെ ഊർജ്ജ ഉപഭോഗം. | |
| വിളവ് നില | ഇൻഡക്ഷൻ രീതിയിലുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രോത്ത് ഫർണസുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, പ്രതിരോധ രീതിയിലുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രോത്ത് ഫർണസിലൂടെ വളർത്തുന്ന പരലുകളുടെ വിളവ് വളരെയധികം മെച്ചപ്പെട്ടു. | |
പോസ്റ്റ് സമയം: ജൂൺ-24-2025